KR20180102725A - 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템 - Google Patents

3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템 Download PDF

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KR20180102725A
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Abstract

본 발명은 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템은, 악교정 진단 계획 수립을 위해 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영을 수행하는 CT 촬영 장치; CT 촬영 장치에 의해 촬영된 CT 촬영 영상 데이터를 바탕으로 악교정을 위한 기초 데이터를 준비하여 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하고, 악교정 장치 제작회사 서버로부터 수신한 악골 절개 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램에 입력하여 가상 악교정을 수행하고, 가상 악교정 결과를 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하는 치과의원 서버; 및 치과의원 서버로부터 수신한 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성하며, 생성된 악골 3차원 영상 파일을 이용하여 악골을 프로그램 상에서 절개하고, 그 데이터를 치과의원 서버로 전송하는 악교정 장치 제작회사 서버를 포함하여 구성된다.

Description

3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템{Orthognathic system using three-dimensional hybrid image constructing program}
본 발명은 악교정 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 환자의 CBCT (Cone Beam Computed Tomography) 데이터를 3차원 영상 파일로 변환하고, 작업 모형 스캔 데이터를 변환된 영상에 병합하여 정밀한 3차원 영상을 구축하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템에 관한 것이다.
악교정 수술(턱교정 수술, 턱 수술)은 상악골이나 하악골의 성장이 정상에서 벗어나 과잉, 부족, 혹은 비대칭적인 상태를 가지고 있을 때 이러한 형태와 크기의 변이를 바로잡는 수술을 말한다. 악교정 수술은 턱뼈의 위치변화를 가져오기 때문에 수술 전후에 교정 치료가 수반되는 것이 일반적이다. 수술의 계획은 보통 교정 의사와 구강악 안면 외과 의사의 협의에 따라 결정된다. 따라서 일반적인 수술과는 달리 수술의 모든 준비 단계와 수술 후의 교합을 조절하는 단계 등을 포함하는 전체적인 기간이 길고 치료도 복잡한 수술에 속한다.
악교정 시술에 있어서 시술자의 3D 시뮬레이션을 통해 가이드를 활용하여 시술하는 방식이 조금씩 소개되고 있다. 그러나 대부분의 방식이 시술 후 상,하악 치아의 교합 관계를 이용한 악골 관계 재현에 국한되어 있다. 이는 양악수술의 주요 단계인 진단, 악골 분리, 결합에서 최종 단계인 결합 부분에 대한 결과만 유도함으로써, 잠재적인 위험성이 있는 악골 분리 과정에 대해 대비가 부족한 면이 있다. 또 악골 절단 후 정확한 위치이동에 대한 객관적인 지표가 없기 때문에, 전적으로 집도의의 판단에 의존할 수밖에 없는 한계가 있다.
한편, 공개특허공보 제10-2013-0008236호(특허문헌 1)에는 대상 환자의 안면골을 촬영한 CT(컴퓨터 단층촬영) 영상에서 발생하는 노이즈를 제거하고, 치아 부분의 3차원 스캔 데이터를 이용하여 상악과 하악의 치아 부분에 대한 정확성을 향상시키며, 이러한 영상정보를 이용하여 교합 정보를 반영함으로써 정확한 악교정 모의 수술이 수행될 수 있도록 하는 "악교정 수술을 위한 영상 매칭정보 생성 방법 및 이를 이용한 악교정 모의 수술 방법"이 개시되어 있다.
또한, 공개특허공보 제10-2013-0075305호(특허문헌 2)에는 환자의 구강내에 인상채득을 실행하여 얻은 실모델을 이용하여 중심교합 상태로 조립된 상하악 모델, 상악 모델 및 하악 모델 각각을 스캔한 후, 스캔된 영상의 각각을 조립하여 중심교합 디지털 치열모델을 생성하고, 환자의 CT 영상으로부터 연조직, 골, 치아, 교정용 브라켓 및 수술용 후크 중 적어도 하나를 포함하는 모델을 분리하여, 분리된 각각의 상기 모델 및 상기 중심교합 디지털 치열모델을 3차원 이미지로 처리하며, 생성된 상기 중심교합 디지털 치열모델의 상하악을 상기 CT 영상에서 분리한 상하악 치열 및 교정용 브라켓 및 수술용 후크, 구개면 연조직에 중첩함으로써, 시술 또는 교정 후의 교합 관계를 정확하게 알 수 있도록 하고, 수술용 스프린트(splint)를 용이하게 제작할 수 있도록 하는 "악교정 수술 시뮬레이션 방법, 그 기록매체 및 장치"가 개시되어 있다.
이상과 같은 특허문헌 1, 2에 개시된 기술은 공히 악교정 수술과 관련된 내용으로서 정확한 악교정 모의 수술이 수행될 수 있도록 하거나, 시술 또는 교정 후의 교합 관계를 정확하게 알 수 있도록 하는 등 나름대로의 장점이 있다.
그러나, 악교정 수술과 관련한 치열 교정에 한정되어 있거나 모의 수술과 실제 수술과의 관련성 측면에서의 대응이 미흡하고, 악골 분리 과정에 대한 전반적인 대비가 부족한 면이 있다.
공개특허공보 제10-2013-0008236호(2013.01.22.) 공개특허공보 제10-2013-0075305호(2013.07.05.)
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 환자의 CBCT (Cone Beam Computed Tomography) 데이터를 렌더링(rendering)을 통해 3차원 영상 파일로 변환하고, 그 변환된 3차원 영상에 악교정을 위한 구강 및 악골 모형의 스캔 데이터를 병합하여 정밀한 3차원 하이브리드 영상을 구축하며, 이를 바탕으로 가상 악교정을 수행하고 실제의 악교정에 필요한 악교정 보조장치를 제작하여 제공함으로써, 안전하고 효율적인 악교정을 수행할 수 있도록 하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템은,
CT 촬영 장치, 치과의원 서버 및 악교정 장치 제작회사 서버를 구비하고, 상기 치과의원 서버와 악교정 장치 제작회사 서버 간에 악교정을 위한 일련의 데이터를 송수신하면서 악교정을 위한 사전 준비작업을 수행한 후, 그를 바탕으로 실제 악교정을 수행하는 악교정 시스템으로서,
악교정 진단 계획 수립을 위해 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영을 수행하는 CT 촬영 장치;
상기 CT 촬영 장치에 의해 촬영된 CT 촬영 영상 데이터를 바탕으로 악교정을 위한 기초 데이터를 준비하여 상기 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하고, 상기 악교정 장치 제작회사 서버로부터 수신한 악골 절개 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램에 입력하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 상기 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하는 치과의원 서버; 및
상기 치과의원 서버로부터 수신한 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성하며, 그 생성된 악골 3차원 영상 파일을 이용하여 악골을 프로그램 상에서 절개하고, 그 데이터를 상기 치과의원 서버로 전송하는 악교정 장치 제작회사 서버를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 악교정 대상 환자에 대한 인상 채득을 통해 제작된 구강 모형을 스캔하는 스캐너를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기초 데이터는 상기 구강 모형을 스캔한 구강모형 스캔 데이터를 상기 환자의 두개골에 대해 CT 촬영한 CT 이미지상에 융합함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램은 치과 임플란트 모듈 또는 악교정 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 치과 임플란트 모듈은 환자의 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩함으로써 임플란트 진단 및 가상 진단을 위한 환경을 구현해 낼 수 있다.
또한, 상기 치과 임플란트 모듈은 상기 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩하여 얻어진 데이터 상에 수복될 치아의 이미지를 병합함으로써, 최적의 임플란트 식립 위치를 선정하고, 임플란트 식립 부위의 컬러 골질 분석을 이용해 악교정 방법 및 임플란트 식립을 위한 드릴링 순서 등을 결정할 수 있다.
또한, 상기 악교정 모듈은 악골을 3D 모델링 상에서 분석하여, 환자에게 적합한 악교정 방법을 제시하고, 그에 따라 필요한 부위를 3D 상에서 절단 후, 가상 악교정을 시행하여, 악교정 후 변형된 악골의 위치 관계를 재현해 낼 수 있다.
또한, 상기 악교정 모듈은 상기 재현 결과를 바탕으로 악골 절단에 필요한 절삭 가이드(sawing guide) 및 악교정 후 악골의 고정 및 정확한 위치관계 재현을 위한 고정판(plate)을 디자인하는 기능을 구비할 수 있다.
이때, 상기 절삭 가이드를 고정하기 위한 홀과 상기 고정판을 고정하기 위한 홀은 적어도 한 쌍의 홀이 동일한 위치에 형성되도록 디자인될 수 있다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사 서버는 악골을 프로그램 상에서 절개하기에 앞서, 정밀한 가상 악교정을 위해 3차원 영상 데이터(이미지)에 대한 표면 처리를 수행하는 기능을 구비할 수 있다.
또한, 상기 치과의원 서버는 가상 악교정을 수행함에 있어서, 각각의 부분으로 절단된 악골 단편들을 프로그램상에서 이동 및 회전시키면서 가상 악교정을 수행할 수 있다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사 서버는 상기 치과의원 서버로부터 수신한 가상 악교정 결과와 악교정 전의 CT 분석 데이터를 비교하여 가상 악교정 결과의 양호 여부를 검증하는 기능을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사 서버는 상기 치과의원 서버로부터 수신한 가상 악교정 결과를 바탕으로 악교정 보조장치를 디자인하는 기능을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 악교정 보조장치는 실제 악교정 수행에서 각 악골을 절단하기 위한 절삭 가이드와, 절삭 가이드에 의해 절단된 악골의 각 부분을 가상 악교정을 통해 이동시킨 후 악골을 고정하는 고정핀의 위치를 안내하기 위한 악골 고정판(fixation plate) 및 악골 고정판을 고정할 때 상,하 악궁의 가상 악교정 위치 고정을 위해 상, 하악 사이에 물리는 임시 고정체로서의 악궁 고정판(intermittent stent)을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 바탕으로 실제의 악교정에 필요한 악교정 보조장치를 디자인 및 제작하여 악교정 수행자에게 제공함으로써, 악교정 수행자는 환자에게 외과적 악교정 부작용을 최소화하면서 안전하고 효율적인 악교정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템을 기반으로 악교정을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용하여 악교정 대상 환자의 두개골을 CT 촬영한 이미지를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용하여 난반사 보정을 위해 구강 모형 스캔 데이터를 CT 이미지 상에 융합한 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용하여 안면골 주요 측정 포인트를 설정하고 CT 데이터를 이용하여 안면 구조를 분석한 영상을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 악교정 시스템에 채용되는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램의 임플란트 모듈과 악교정 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용하여 악골 3차원 영상 파일을 생성 및 영상에 대한 표면 처리를 수행한 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용하여 통상적인 악교정을 위한 악골 절단 방법에 의해 악골을 절단한 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 절단된 악골 단편들을 가상 악교정을 통해 재조합한 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용한 가상 악교정 전, 후의 CT 데이터의 비교 결과를 2차원 영상으로 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 악교정 시스템을 이용한 가상 악교정 전, 후의 CT 데이터의 비교 결과를 3차원 영상으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 악교정 시스템에 채용되는 절삭 가이드, 악골 고정판 및 악궁 고정판이 상, 하악골에 부착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 악교정 시스템에 채용되는 다양한 형태의 절삭 가이드와 악골 고정판을 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템(100)은, CT 촬영 장치(101), 치과의원 서버 (103) 및 악교정 장치 제작회사 서버(104)를 구비하고, 상기 치과의원 서버(103)와 악교정 장치 제작회사 서버(104) 간에 악교정을 위한 일련의 데이터를 송수신하면서 악교정을 위한 사전 준비작업을 수행한 후, 그를 바탕으로 실제 악교정을 수행하는 악교정 시스템이다. 여기서, 이와 같은 본 발명의 악교정 시스템(100)은 도시된 바와 같이, 스캐너(102)를 더 포함할 수 있다.
CT 촬영 장치(101)는 악교정 진단 계획 수립을 위해 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영을 수행한다.
스캐너(102)는 상기 악교정 대상 환자에 대한 인상 채득을 통해 제작된 구강 모형을 스캔한다. 여기서, 이와 같은 구강 모형은 치과의원의나 악교정 장치 제작회사에 의해 제작될 수 있다. 또한, 이와 같은 스캐너(102)는 악교정 시스템에 반드시 있어야 하는 것은 아니며, 경우에 따라서는 악교정 시스템의 구성에서 생략될 수도 있다. 즉, 상기 CT 촬영 장치(101)가 악교정 대상 환자의 실제 구강이나 구강 모형을 스캔할 수 있는 기능을 구비할 경우, 스캐너(102)는 생략될 수도 있는 것이다. 그러나 본 실시예에서는 편의상 악교정 시스템에 스캐너(102)가 별도로 구비된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
치과의원 서버(103)는 상기 CT 촬영 장치(101)에 의해 촬영된 CT 촬영 영상 데이터와, 상기 스캐너(102)에 의해 획득된 스캔 데이터를 바탕으로 악교정을 위한 기초 데이터를 준비하여 악교정 장치 제작회사 서버(104)로 전송하고, 악교정 장치 제작회사 서버(104)로부터 수신한 악골 절개 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램에 입력하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)로 전송한다. 여기서, 이와 같은 치과의원 서버(103)는 가상 악교정을 수행함에 있어서, 각각의 부분으로 절단된 악골 단편들을 프로그램상에서 이동 및 회전시키면서 가상 악교정을 수행할 수 있다.
또한, 이상과 같은 치과의원 서버(103)에 의해 준비되는 기초 데이터는 상기 구강 모형을 스캔한 구강모형 스캔 데이터를 상기 환자의 두개골에 대해 CT 촬영한 CT 이미지상에 융합함으로써 얻어질 수 있다. 또한, 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램은 치과 임플란트 모듈 또는 악교정 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 치과 임플란트 모듈은 환자의 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩함으로써 임플란트 진단 및 가상 진단을 위한 환경을 구현해 낼 수 있다.
또한, 상기 임플란트 모듈은 상기 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩하여 얻어진 데이터 상에 수복될 치아의 이미지를 병합함으로써, 최적의 임플란트 식립 위치를 선정하고, 임플란트 식립 부위의 컬러 골질 분석을 이용해 악교정 방법 및 임플란트 식립을 위한 드릴링 순서 등을 결정할 수 있다.
또한, 상기 악교정 모듈은 악골을 3D 모델링 상에서 분석하여, 환자에게 적합한 악교정 방법을 제시하고, 그에 따라 필요한 부위를 3D 상에서 절단 후, 가상 악교정을 시행하여, 악교정 후 변형된 악골의 위치 관계를 재현해 낼 수 있다.
또한, 상기 악교정 모듈은 상기 재현 결과를 바탕으로 악골 절단에 필요한 절삭 가이드(sawing guide) 및 악교정 후 악골의 고정 및 정확한 위치관계 재현을 위한 고정판(Plate)을 디자인하는 기능을 구비할 수 있다. 이때, 상기 절삭 가이드를 고정하기 위한 홀과 상기 고정판을 고정하기 위한 홀은 적어도 한 쌍의 홀이 동일한 위치에 형성되도록 디자인될 수 있다.
악교정 장치 제작회사 서버(104)는 상기 치과의원 서버(103)로부터 수신한 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성하며, 그 생성된 악골 3차원 영상 파일을 이용하여 악골을 프로그램 상에서 절개하고, 그 데이터를 상기 치과의원 서버(103)로 전송한다. 여기서, 이와 같은 악교정 장치 제작회사 서버(104)는 악골을 프로그램 상에서 절개하기에 앞서, 정밀한 가상 악교정을 위해 3차원 영상 데이터(이미지)에 대한 표면 처리를 수행하는 기능을 구비할 수 있다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)는 상기 치과의원 서버(103)로부터 수신한 가상 악교정 결과와 악교정 전의 CT 분석 데이터를 비교하여 가상 악교정 결과의 양호 여부를 검증하는 기능을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)는 상기 치과의원 서버(103)로부터 수신한 가상 악교정 결과를 바탕으로 악교정 보조장치를 디자인하는 기능을 더 포함할 수 있다. 여기서, 이와 같이 악교정 장치 제작회사 측에서 악교정 보조장치를 디자인할 수도 있지만, 이러한 악교정 보조장치의 디자인은 디자인 전문회사에 의뢰하여 이루어질 수도 있다. 즉, 악교정 보조장치의 디자인과 제작은 각각 별개의 회사에 의해 수행될 수 있다.
이때, 상기 악교정 보조장치는 실제 악교정 수행에서 각 악골을 절단하기 위한 절삭 가이드(sawing guide)와, 절삭 가이드에 의해 절단된 악골의 각 부분을 가상 악교정을 통해 이동시킨 후 악골을 고정하는 고정핀의 위치를 안내하기 위한 악골 고정판(fixation plate) 및 악골 고정판을 고정할 때 상,하 악궁의 가상 악교정 위치 고정을 위해 상, 하악 사이에 물리는 임시 고정체로서의 악궁 고정판(intermittent stent)을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 악교정 보조장치에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템을 이용하여 악교정을 수행하는 과정에 대해 설명해 보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템을 기반으로 악교정을 수행하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템(100)은 전술한 바와 같이, CT 촬영 장치(101), 스캐너(102), 치과의원 서버(103) 및 악교정 장치 제작회사 서버(104)를 구비하고, 상기 치과의원 서버(103)와 악교정 장치 제작회사 서버(104) 간에 악교정을 위한 일련의 데이터를 송수신하면서 악교정을 위한 사전 준비작업을 수행한 후, 그를 바탕으로 실제 악교정을 수행하는 악교정 시스템으로서, 먼저 악교정 진단 계획 수립을 위해 CT 촬영 장치(101)에 의해 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영을 하고, 스캐너(102)에 의해 환자에 대한 인상 채득을 통해 제작된 구강 모형을 스캔한 후, 치과의원 서버(103)에 의해 상기 CT 촬영에 의해 얻어진 CT 촬영 영상 데이터와, 스캔에 의해 얻어진 스캔 데이터를 바탕으로 가상 악교정을 위한 기초 데이터를 준비하여 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)로 전송한다(단계 S201). 여기서, 이와 같은 기초 데이터는 상기 구강 모형을 스캔한 구강 모형 스캔 데이터를 상기 환자의 두개골에 대해 CT 촬영한 CT 이미지상에 진단 소프트웨어(즉, 후술하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램)를 이용하여 융합함으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 또한 이상과 같이 환자에 대한 인상 채득을 통해 구강 모형을 제작하고 구강 모형을 스캔하는 이유는 환자의 치아에 설치되어 있는 금속 교정 보철물이나 금속 치아에 의한 난반사에 의해 CT 이미지가 선명하지 않은 부분을 보정하고, 가상 악교정시 환자의 교합 관계를 정확히 파악하기 위한 것이다.
도 3은 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영 이미지를 보여주는 도면이고, 도 4는 난반사 보정을 위해 각각의 구강 모형 스캔 데이터를 CT 이미지 상에 융합한 상태를 보여주는 도면이다.
또한, 상기 치과의원 서버(103)에 의해 도 5의 (A)에서와 같이 CT 데이터 분석을 위한 안면골의 주요 측정 포인트들을 설정하고, 그 포인트들을 기준으로 (B)에서와 같이 CT 데이터를 이용하여 환자의 안면 구조를 분석하며, 분석 결과에 따라 상,하악의 필요한 이동량 및 악골 제거량을 계획한다.
다음에, 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)에 의해 상기 치과의원 서버 (103)로부터 수신한 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정 을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성한다(단계 S202). 여기서, 이와 같이 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성하는 것은 악교정 장치 제작회사 서버(104)에 의해서만 수행되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 치과의원 서버(103)에 의해서도 수행될 수 있다.
여기서, 또한 이상과 같은 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램은 도 6에 도시된 바와 같이, 치과 임플란트 모듈(A) 또는 악교정 모듈(B)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 치과 임플란트 모듈(A)은 전술한 바와 같이, 환자의 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩함으로써 임플란트 진단 및 가상 진단을 위한 최적의 환경을 구현해 낸다. 그리고 이와 같은 치과 임플란트 모듈(A)은 상기 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩하여 얻어진 데이터상에 수복될 치아의 이미지를 병합함으로써, 최적의 임플란트 식립 위치를 선정하고, 임플란트 식립 부위의 컬러 골질 분석을 이용해 악교정 방법 및 임플란트 식립을 위한 드릴링 순서 등을 결정한다.
또한, 상기 악교정 모듈(B)은 악골을 3D 모델링상에서 분석하여, 환자에게 적합한 악교정 방법을 제시하고, 그에 따라 필요한 부위를 3D 상에서 절단 후, 가상 악교정을 시행하여, 악교정 후 변형된 악골의 위치 관계를 재현해 낸다. 그리고 이러한 악교정 모듈(B)은 상기 재현 결과를 바탕으로 악골 절단에 필요한 절삭 가이드(sawing guide) 및 악교정 후 악골의 고정 및 정확한 위치관계 재현을 위한 고정판(Plate)을 디자인한다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 절삭 가이드를 고정하기 위한 홀과 상기 고정판을 고정하기 위한 홀은 적어도 한 쌍의 홀이 동일한 위치에 형성되도록 디자인될 수 있다.
한편, 이상과 같이 상기 악교정 장치 제작회사 서버에 의해 가상 악교정 을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성한 후, 악교정 장치 제작회사 서버는 그 생성된 악골 3차원 영상 파일을 이용하여 악골을 프로그램 상에서 절개하고, 그 데이터를 상기 치과의원 서버(103)로 전송한다(단계 S203). 여기서, 악골을 프로그램 상에서 절개하기에 앞서, 정밀한 가상 악교정을 위해 도 7에서와 같이, 3차원 영상 데이터(이미지)에 대한 표면 처리를 수행할 수 있다. 또한, 악골을 프로그램 상에서 절개함에 있어서, 도 8에서와 같이 통상적인 악교정을 위한 악골 절단 방법에 의해 악골을 절단할 수 있다.
이후, 상기 치과의원 서버(103)에 의해 상기 악교정 장치 제작회사 서버 (104)로부터 수신한 악골 절개 데이터를 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램에 입력하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)로 전송한다(단계 S204). 여기서, 가상 악교정을 수행함에 있어서, 각각의 부분으로 절단된 악골 단편들을 프로그램상에서 이동 및 회전시키면서 가상 악교정을 수행한다.
도 9는 도 8에 도시된 절단된 악골 단편들을 가상 악교정을 통해 재조합한 상태를 나타낸 것으로서, (A)는 정면 모습이고, (B)는 측면 모습이다.
다음으로, 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)에 의해 상기 치과의원 서버(103)로부터 수신한 가상 악교정 결과를 바탕으로 악교정 보조장치를 디자인하고, 제작회사 기술자에 의해 악교정 보조장치를 제작하여 치과 의원에 제공한다(단계 S205). 여기서, 상기 악교정 보조장치는 악교정 장치 제작회사에서만 제작하는 것이 아니라 치과의원 또는 기공소에서도 제작할 수 있다.
여기서, 또한 상기 악교정 장치 제작회사 서버(104)에 의해 상기 치과의원 서버(103)로부터 수신한 가상 악교정 결과와 악교정 전의 CT 분석 데이터를 비교하여 가상 악교정 결과의 양호 여부를 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11은 가상 악교정 전, 후의 CT 데이터의 비교 결과를 나타낸 것으로서, 도 10은 2차원 영상으로 보여주는 도면이고, 도 11은 3차원 영상으로 보여주는 도면이다.
또한, 상기 악교정 장치 제작회사에 의해 제작된 악교정 보조장치는, 도 12의 (A), (B)에서와 같이, 실제 악교정에서 각 악골을 절단하기 위한 절삭 가이드(sawing guide)(110a∼110c)와, 도 12의 (C)에서와 같이 절삭 가이드(110a∼110c)에 의해 절단된 악골의 각 부분을 가상 악교정을 통해 이동시킨 후 악골을 고정하는 고정핀의 위치를 안내하기 위한 악골 고정판(fixation plate)(120a∼120d) 및 악골 고정판(120a∼120d)을 고정할 때 상, 하 악궁의 가상 악교정 위치 고정을 위해 상, 하악 사이에 물리는 임시 고정체로서의 악궁 고정판 (intermittent stent)(130)을 포함하여 구성된다.
여기서, 이상과 같은 절삭 가이드(110a∼110c)는 악골 위에 디자인된 톱날 유도 장치를 가공을 위한 파일로 추출해 내고, 추출된 파일을 3D 프린터를 이용하여 가공함으로써 제작될 수 있다. 이때, 이와 같은 절삭 가이드의 재질로는 합성수지나 특수 합성고무가 사용될 수 있다.
또한, 상기 악골 고정판(120a∼120d)은 악골 위에 디자인된 악골 고정판을 가공을 위한 파일로 추출해 내고, 추출된 파일을 정밀 밀링기를 이용하여 가공함으로써 제작될 수 있다. 이때, 이와 같은 악골 고정판의 재질로는 인체에 무해한 재질이면 모두 사용할 수 있으나, 바람직하게는 티타늄(titanium)이 사용된다.
마지막으로, 상기 악교정 장치 제작회사로부터 제공받은 악교정 보조장치를 이용하여 치과 의원에 의해 실제의 악교정을 수행한다(단계 S206). 즉, 치과 의원의 치과 의사는 도 13의 (A),(B)에 도시된 바와 같은 다양한 형태의 절삭 가이드(110)와 악골 고정판(120)을 전술한 도 12의 (A),(B),(C)에서와 같이 상,하악의 각 해당 부위에 고정핀(미도시)에 의해 고정시킨 상태에서 실제의 악교정을 수행하는 것이다. 이와 같은 악교정을 수행함에 있어서, 절삭 가이드(110)에 지시된 절단선을 따라, 외과용 톱을 이용하여 악골을 절단함으로써, 의도한 바대로 안정적으로 악골을 절단할 수 있고, 악교정 중 악교정 수행자의 부주의 또는 예상치 않은 원인으로 인한 톱날의 이탈을 사전에 방지할 수 있게 된다. 이에 따라 환자에게 외과적 악교정 부작용을 최소화하면서 안전한 악교정을 수행할 수 있게 된다.
또한, 분리된 악골을 악골 고정판(120)을 이용하여 다시 재결합시킴으로써 악교정 전에 계획된 위치로 악골들을 정확하게 위치 및 이동시킬 수 있으며, 이에 따라 (양)악교정을 성공적으로 완료할 수 있게 된다.
여기서, 이상과 같이 절삭 가이드(110)에 지시된 절단선을 따라, 외과용 톱을 이용하여 악골을 절단하고, 분리된 악골을 악골 고정판(120)을 이용하여 다시 재결합시키는 일련의 작업과 관련하여 조금 더 설명을 부가해 보기로 한다.
예를 들면, 시뮬레이션 프로그램을 통해 제거할 골의 위치를 선정하고, 가상으로 시술 이후의 골 형상을 매칭시킨 후, 악골 고정판(120)의 위치를 선정함과 아울러 악골 고정판(120)의 종류를 결정하고, 악골 고정판(120)을 고정하기 위한 스크류 홀(screw hole) 위치를 설정한다.
그런 후, 골을 제거할 선을 확정하고, 이를 안내하기 위한 절삭 가이드(110)의 종류를 결정 및 고정위치를 설정한다. 이때, 절삭 가이드(110)의 고정을 위한 스크류 홀은 위에서의 악골 고정판(120)의 스크류 홀 위치와 동일하게 설정한다.
시술 시, 위에서 설명한 바와 같은 절삭 가이드(110)에 의해 유도되는 선을 따라 골을 제거한 후, 미리 설정된 악골 고정판(120)의 스크류 홀 위치와 절삭 가이드(110)의 스크류 홀 위치를 맞추어 본다. 이때, 악골 고정판(120)의 스크류 홀 위치와 절삭 가이드(110)의 스크류 홀 위치가 서로 매칭되지 않을 경우, 이는 골 제거가 잘못된 것이라는 것을 의미하며, 이를 통해 추가적인 보정작업을 할 수 있다. 그리고 이상과 같은 방식으로 시술을 수행함으로써, 시술이 성공적으로 잘 되었는지를 검증할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템은 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 바탕으로 실제의 악교정에 필요한 악교정 보조장치를 디자인 및 제작하여 악교정 수행자에게 제공함으로써, 악교정 수행자는 환자에게 외과적 악교정 부작용을 최소화하면서 안전하고 효율적인 악교정을 수행할 수 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110,110a∼110c: 절삭 가이드(sawing guide)
120,120a∼120d: 악골 고정판(fixation plate)
130: 악궁 고정판(intermittent stent)

Claims (14)

  1. CT 촬영 장치, 치과의원 서버 및 악교정 장치 제작회사 서버를 구비하고, 상기 치과의원 서버와 악교정 장치 제작회사 서버 간에 악교정을 위한 일련의 데이터를 송수신하면서 악교정을 위한 사전 준비작업을 수행한 후, 그를 바탕으로 실제 악교정을 수행하는 악교정 시스템으로서,
    악교정 진단 계획 수립을 위해 악교정 대상 환자의 두개골에 대한 CT 촬영을 수행하는 CT 촬영 장치;
    상기 CT 촬영 장치에 의해 촬영된 CT 촬영 영상 데이터를 바탕으로 악교정을 위한 기초 데이터를 준비하여 상기 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하고, 상기 악교정 장치 제작회사 서버로부터 수신한 악골 절개 데이터를 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램에 입력하여 가상 악교정을 수행하고, 그 가상 악교정 결과를 상기 악교정 장치 제작회사 서버로 전송하는 치과의원 서버; 및
    상기 치과의원 서버로부터 수신한 기초 데이터를 바탕으로 CT 데이터와 잇몸 데이터를 상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용하여 병합하고, 이를 추출하여 가상 악교정을 위한 악골 3차원 영상 파일을 생성하며, 그 생성된 악골 3차원 영상 파일을 이용하여 악골을 프로그램 상에서 절개하고, 그 데이터를 상기 치과의원 서버로 전송하는 악교정 장치 제작회사 서버를 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 악교정 대상 환자에 대한 인상 채득을 통해 제작된 구강 모형을 스캔하는 스캐너를 더 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 치과의원 서버에 의해 준비되는 상기 기초 데이터는 상기 구강 모형을 스캔한 구강모형 스캔 데이터를 상기 환자의 두개골에 대해 CT 촬영한 CT 이미지상에 융합함으로써 얻어지는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램은 치과 임플란트 모듈 또는 악교정 모듈을 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 치과 임플란트 모듈은 환자의 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩함으로써 임플란트 진단 및 가상 진단을 위한 환경을 구현해 내는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 치과 임플란트 모듈은 상기 CT 데이터와 구강 모형 또는 구강을 3D 스캔한 이미지를 중첩하여 얻어진 데이터 상에 수복될 치아의 이미지를 병합함으로써, 임플란트 식립 위치를 선정하고, 임플란트 식립 부위의 컬러 골질 분석을 이용해 악교정 방법 및 임플란트 식립을 위한 드릴링 순서를 결정하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 악교정 모듈은 악골을 3D 모델링 상에서 분석하여, 환자에게 적합한 악교정 방법을 제시하고, 그에 따라 필요한 부위를 3D 상에서 절단 후, 가상 악교정을 시행하여, 악교정 후 변형된 악골의 위치 관계를 재현해 내는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 악교정 모듈은 상기 재현 결과를 바탕으로 악골 절단에 필요한 절삭 가이드(sawing guide) 및 악교정 후 악골의 고정 및 정확한 위치관계 재현을 위한 고정판(Plate)을 디자인하는 기능을 구비하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절삭 가이드를 고정하기 위한 홀과 상기 고정판을 고정하기 위한 홀은 적어도 한 쌍의 홀이 동일한 위치에 형성되도록 디자인되는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 악교정 장치 제작회사 서버는 악골을 프로그램 상에서 절개하기에 앞서, 정밀한 가상 악교정을 위해 3차원 영상 데이터(이미지)에 대한 표면 처리를 수행하는 기능을 구비하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 치과의원 서버는 가상 악교정을 수행함에 있어서, 각각의 부분으로 절단된 악골 단편들을 프로그램상에서 이동 및 회전시키면서 가상 악교정을 수행하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 악교정 장치 제작회사 서버는 상기 치과의원 서버로부터 수신한 가상 악교정 결과와 악교정 전의 CT 분석 데이터를 비교하여 가상 악교정 결과의 양호 여부를 검증하는 기능을 더 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 악교정 장치 제작회사 서버는 상기 치과의원 서버로부터 수신한 가상 악교정 결과를 바탕으로 악교정 보조장치를 디자인하는 기능을 더 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 악교정 보조장치는 실제 악교정 수행에서 각 악골을 절단하기 위한 절삭 가이드(sawing guide)와, 절삭 가이드에 의해 절단된 악골의 각 부분을 가상 악교정을 통해 이동시킨 후 악골을 고정하는 고정핀의 위치를 안내하기 위한 악골 고정판(fixation plate) 및 악골 고정판을 고정할 때 상,하 악궁의 가상 악교정 위치 고정을 위해 상, 하악 사이에 물리는 임시 고정체로서의 악궁 고정판(intermittent stent)을 포함하는 3차원 하이브리드 영상 구축 프로그램을 이용한 악교정 시스템.
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